[实用新型]一种用于锂离子电池模块的低温自加热电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及电动汽车电池管理技术领域，尤其是涉及一种用于锂离子电池模块的低温自加热电路。

背景技术

锂离子电池具有电压高、容量大、体积小、质量轻，工作温度范围宽等优点，锂离子电池组已被广泛应用在各个领域，包括电动自行车、电动工具及电动汽车等领域。锂离子电池对使用环境的温度较为敏感，当温度较低时，电池的可放电能量、功率及放电效率均较低，并且低温时充电还存在一定的安全隐患，如产生枝晶等。因此，低温使用问题大大影响了锂离子电池的应用和推广。目前，在低温环境下使用时，存在两种主要方案。一种为无加热系统，该方案使用过程中电池组放电效率比较低，并严重影响电池组的功率、使用寿命及安全性。另一种设计为采用电热丝辅助加热等形式的外部加热，由于电池自身传热性能差，该方案存在效率低且容易引发电池温度不均匀等缺陷。而电池组工作温度的不均匀性会对电池寿命、安全性等方面带来影响。

电化学阻抗谱(EIS)是研究锂离子电池的有效手段。近几年，通过研究锂离子电池的电化学阻抗谱，在频域上分析得到的电池内部状态被多数人认可。典型EIS谱由以下部分组成：(1)超高频区域(典型为10kHz以上)，与锂离子和电子通过电解液、多孔隔膜、导线、活性材料颗粒等输运有关的欧姆电阻；(2)高频区域，与锂离子通过活性材料颗粒表面绝缘层的扩散迁移有关的一个半圆，表示锂离子扩散迁移通过SEI膜(固体电解质界面膜，solid electrolyte interface)的电阻；(3)中频区域，与电荷传递过程相关的一个半圆，此过程为电迁移及电化学反应过程；(4)低频区域，与锂离子在活性材料颗粒内部的固体扩散过程相关的一条斜线，此过程表示为离子在固相中的扩散过程。

通过电池EIS的测量，可以确定电池内部电子及离子在不同阶段时所对应的频率或时间常数。在此基础上，确定电池充放电的频率，可有效地避免离子在固相中的扩散过程，从而避免负极枝晶的形成。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能量损耗小、效率高、安全性高的用于锂离子电池模块的低温自加热电路。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于锂离子电池模块的低温自加热电路，连接在锂离子电池模块的两端，该低温自加热电路包括开关管、反激变压器组件、温度传感器和微控制器，所述的锂离子电池模块两端与反激变压器组件连接，所述的开关管分别连接微控制器、反激变压器组件和锂离子电池模块负极，所述的微控制器与温度传感器连接，所述的温度传感器设在锂离子电池模块上。

所述的反激变压器组件包括变压器和二极管，所述的变压器原边分别连接开关管和锂离子电池模块正极，变压器副边分别连接二极管阳极和锂离子电池模块负极，所述的二极管阴极与锂离子电池模块正极连接。

所述的开关管为半导体开关器件。

所述的开关管为MOSFET，该开关管的栅极连接微控制器，源极连接锂离子电池模块负极，漏极连接变压器。

所述的温度传感器包括热电偶或红外感应器。

所述的锂离子电池模块由多个单体锂离子电池串联而成。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1)本实用新型是利用高频充放电控制进行电池自身进行加热，由于锂离子电池内阻的存在及电化学反应的机理，在电池循环充放电过程中，会产生热量，从而从内部给电池加热，使电池温度更均匀；而传统方式通过外部装置加热，靠电池壳壁来传递热量，相比之下，本实用新型的能量损耗小，效率更高，温升更均匀；

2)然而，在低温情况下，电池充放电，尤其是大倍率、长时间充电可能会使负极产生枝晶，从而影响电池的使用安全性，本实用新型充放电控制的频率高于电化学阻抗谱测试中电池电化学反应过程的最低频率点，可有效避免低温充放电过程中枝晶的形成；

3)本实用新型自加热过程中，实时监测电池的温度和电压信息，并根据电压和温度信息进行高频充放电控制，从而进一步保证电池的安全。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为实施例中锂离子电池模块B自加热放电阶段，开关管M开启时的电流流向示意图；

图3为实施例中锂离子电池模块B自加热充电阶段，开关管M关断时的电流流向示意图；

图4为实施例中PWM(脉宽调制)模式下电池充放电电流变化图。

具体实施方式